Joseph Norman Lockyer
(18361920)

Az atomok és molekulák spektroszkópiai aspektusai
Részletek

Studies in Spectrum Analysis, 2. kiadás (London. Kegan Paul and Co., 1878)
Nature, 10 (1874), 6971, 8990

in Mary Jo Nye, The Question of the Atom. From the Karlsruhe Congress to the First Solvay Conference, 18601911, Tomash Publishers, Los Angeles/San Francisco, 1984


Mi az atom és mi a molekula? A vegyészt az egyes elemek atomsúlya érdekli, a molekulatérfogatot definiálja és vizsgálja például. A következõ definíció Dr. Frankland kémiakönyvébõl származik ("Elõadásjegyzetek", 2. o.): "Az atom az a súly szerinti legkisebb rész, amellyel az elem (vagyis az az elem, amelyhez a szóban forgó atom tartozik) a vegyületbe belép vagy a vegyületbõl kiszakad." Frankland ezután hangsúlyozza, hogy amikor az atomok izoláltak vagyis el vannak választva a többi anyagfajtától nem szükségképpen léteznek atomokként a régi értelemben; társakkal jelennek meg, rendszerint párokká kapcsolódnak össze. Az atomok ilyen együttesét elemi molekulaként definiálja. Így látja tehát a vegyész az atom és a molekula közötti különbséget.

Forduljunk most a fizikushoz, és próbáljuk meg kideríteni, hogyan értelmezi az atomot vagy a molekulát. Figyelemre méltó, hogy Maxwell professzor "Hõelmélet" címû könyvében, amelyben jórészt megtaláljuk, amit a fizikusok ma a molekuláris elméletekrõl tudnak, az "atom" szó egyáltalán nem fordul elõ. Azonnal a "molekula" szó kerül elénk, s ez definíció szerint "kis anyagi tömeg, amelynek részei nem válnak szét azon utak során, amelyeket a molekula akkor tesz meg, amikor a test, amelyhez tartozik, meleg."

Maxwell professzor bõvebben is felvilágosítást ad ezekrõl a "molekulákról", melyek az õ és mások vizsgálataiból erednek. Például (286. o.): "Minden test sok kicsi, molekulának nevezett részbõl áll. Minden molekula adott mennyiségû anyagot tartalmaz, s ez ugyanannak az anyagnak minden molekulája esetében pontosan ugyanannyi. A molekulák összekapcsolódási módja ugyanannak az anyagnak minden molekulája esetében ugyanolyan. A molekula az anyag több eltérõ részét tartalmazhatja kémiai kötésekkel összekapcsolva, és rezeghet, foroghat vagy más relatív mozgást végezhet, de amíg a különbözõ részek nem válnak szét, hanem együtt maradnak a molekula útjai során, elméletünk az összekapcsolt tömeg egészét egyetlen molekulának nevezi." Ily módon tehát kitágul a molekula definíciója.

A következõ lényeges pont, hogy minden test molekulái a folytonos keveredés állapotában vannak.

Hogy ez a keveredés vagy mozgás a testek legkisebb részeiben jelentkezik, részben abból válik világossá, hogy magukat a testeket nem látjuk mozogni.

Hogyan különbözteti meg ezután ez az elmélet az anyag szilárd, folyékony és légnemû állapotát?

A szilárd testben a molekulák soha nem kerülnek egy bizonyos távolságnál messzebb a kiindulási helyzetüktõl. A molekula által leírt út gyakran nagyon kis térrészre korlátozódik. Clifford professzor igen világosan mutatta ezt be az atomokról tartott elõadásában. Feltette, hogy a terem közepén egy testet rugalmas szalagok kötnek a mennyezethez és a padlóhoz, s hasonlóképpen a terem mindegyik falához. Húzzuk most ki a testet a helyébõl; rezgésbe jön, de mindig csak egy átlagos pozíció körül; nem hagyja el a helyét. Mindig visszatér.

Most jönnek a folyadékok; ezekrõl a következõt olvassuk: "A folyadékokban a molekula útja elõtt már nem állnak ilyen korlátok. Igaz, hogy a molekula áltaában elmozdulhat, de csak nagyon kis távolságot tehet meg anélkül, hogy más molekulával találkozna; de ez után a találkozás után semmi se készteti arra a molekulát jobban, hogy arrafelé induljon vissza, ahonnan jött, mint hogy új tartományok felé vegye az útját. Tehát a folyadékokban a molekula útja nem szorítkozik korlátozott tartományra, mint a szilárd testek esetében, hanem a folyadék által elfoglalt tér bármelyik részén áthaladhat."

Most már tudjuk, hogyan mozognak a molekulák a szilárd anyagokban és a folyadékokban. De miként mozognak a gázokban? "A légnemû test feltehetõen nagyszámú, nagyon gyorsan mozgó molekulából áll." A levegõ molekulái például húsz mérföldnyi utat tesznek meg percenként. "Útjuk nagyobbik részén ezekre a molekulákra semmilyen érzékelhetõ erõ nem hat, ezért egyenes vonalú, egyenletes sebességû mozgást végeznek. Ha két molekula egy bizonyos távolságon belül megközelíti egymást, kölcsönhatás alakul ki közöttük, amely két biliárdgolyó ütközéséhez hasonlítható. Mindkettõ pályája megváltozik, és a molekulák új útvonalon indulnak el."

Két molekula ütközése tehát "találkozás"-ként definiálódik; a molekula találkozások közötti pályája a "szabad úthossz". Ezután Maxwell professzor rátér arra, hogy "közönséges gázokban a molekulák szabad mozgása sokkal tovább tart, mint a találkozás. A gáz sûrûségének növelésekor a szabad úthossz csökken, és folyadékokban a molekulák pályájának egyetlen részét sem lehet szabad úthosszként említeni."

A gázok kinetikus elmélete, amelyen ezek az állítások alapszanak, azzal a nagy elõnnyel jár, hogy magyarázatot ad egyes kísérletileg meghatározott eredményekre, olyan eredményekre, amelyeket újra meg újra megállapítottak, de nem nyertek magyarázatot ennek a molekuláris elméletnek a megjelenése elõtt, amely biztosra veszi bizonyos kis részecskék létezését, gázbeli gyors, folyadékbeli kevésbé gyors és szilárd anyagbeli még csekélyebb mozgásukat. Az elmélet számos olyan jelenségre ad igen részletes magyarázatot, amelyet ismertsége miatt törvénynek neveznek. Megmagyarázza töbek között a Boyle-törvényt.

Ez az elmélet a molekulák létezésébõl és mozgásából indul ki; a nyomást abból származtatja, hogy a mozgó molekulák az õket tartalmazó edény oldalait bombázzák; vagy azt mondja, hogy a gáz hõmérséklete a molekulák keveredési sebességétõl függ, és a molekuláknak ez a sebessége ugyanabban a gázban, ugyanazon a hõmérsékleten a sûrûségtõl függetlenül ugyanaz. Ha a sûrûség változik, a nyomás ugyanolyan arányban változik. Ez a Boyle-törvény. Továbbá, két gáz sûrûsége ugyanazon a hõmérsékleten és nyomáson arányos egy-egy molekulájuk tömegével, vagy ha két gáz nyomása és hõmérséklete ugyanaz, az egységnyi térfogatban levõ molekulák száma is ugyanaz. Ez a Guy Lussac-törvény.

Most már tisztában vagyunk azzal, hogy mi a vegyész "atom"-ja és a fizikus "molekulá"-ja. Azonnal látjuk, hogy a vegyészek és fizikusok vizsgálati módszerei igen különbözõk. A vegyész soha nem gondol a találkozásokra, a fizikus nem törõdik az atomsúlyokkal; lelki szemeivel az anyagi részecskék állandó ütközését és rohanását látja, és az anyag helyett a különbözõ mozgásokkal foglalkozik. ...


Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/